Tilsløringsenheder – det er ikke kun Star Trek længere

Tilsløringsenheder spiller en central rolle i mange sci-fi tv-programmer. Forskere arbejder nu på at tage denne teknologi fra den dramatiske verden af ​​science fiction og gøre den virkelig. Amanda D. Hanford, ved Pennsylvania State University, tager de indledende trin til at lave akustiske jordkapper. Disse materialer omdirigerer nærgående bølger omkring et objekt uden at sprede bølgeenergien, skjule genstanden for lydbølgerne.

Under det 175. møde i Acoustical Society of America, afholdes 7-11 maj, 2018, i Minneapolis, Minnesota, Hanford vil beskrive fysikken bag et undervands akustisk skjold designet i hendes laboratorium.

Hanford og hendes team satte sig for at konstruere et metamateriale, der kan tillade lydbølgerne at bøje sig rundt om objektet, som om det ikke var der. Metamaterialer udviser almindeligvis ekstraordinære egenskaber, der ikke findes i naturen, som negativ tæthed. At arbejde, enhedscellen - den mindste komponent af metamaterialet - skal være mindre end den akustiske bølgelængde i undersøgelsen.

"Disse materialer lyder som et totalt abstrakt koncept, men matematikken viser os, at disse egenskaber er mulige, Hanford sagde. vi arbejder på at åbne sluserne for at se, hvad vi kan skabe med disse materialer."

Til dato, de fleste akustiske metamaterialer er designet til at afbøje lydbølger i luften. Hanford besluttede at tage dette arbejde et skridt videre og acceptere den videnskabelige udfordring at prøve den samme bedrift under vandet. Akustisk tilsløring under vandet er mere kompliceret, fordi vand er tættere og mindre komprimerbart end luft. Disse faktorer begrænser tekniske muligheder.

Efter flere forsøg, holdet designede en 3 fod høj pyramide af perforerede stålplader. De placerede derefter strukturen på gulvet i en stor undervandsforskningstank. Inde i tanken, en kildehydrofon producerede akustiske bølger mellem 7, 000 Hz og 12, 000 Hz, og flere modtagerhydrofoner omkring tanken overvågede reflekterede akustiske bølger.

Bølgen reflekteret fra metamaterialet matchede fasen af ​​den reflekterede bølge fra overfladen. Derudover amplituden af ​​den reflekterede bølge fra det tilslørede objekt faldt lidt. Disse resultater viser, at dette materiale kunne få et objekt til at virke usynligt for undervandsinstrumenter som sonar.

Ved hjælp af lineær koordinattransformation, forskerne var i stand til at kortlægge den flade overflade af bunden af ​​tanken og fastslog, at rummet var komprimeret til to trekantede tilsløringsområder bestående af det konstruerede metamateriale.

Disse resultater viser potentiale til at bidrage til applikationer i den virkelige verden, såsom akustiske materialer til at dæmpe lyd og fremstå usynlige under vandet.